Опорно-поворотний пристрій вітроустановки

Реферат: UA 74194 U UA 74194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до механічних пристроїв і може бути використана у вітроенергетиці в конструкціях вітроенергетичних установок для вироблення електроенергії. Відомий опорно-поворотний пристрій вітроустановки [1], який містить два співвісних піввали. На прилеглих кінцях піввалів, перпендикулярно до їх осі, прикріплені два металевих опорних елементи, виконані у формі прямого і зворотного конусів. Між ними знаходяться тіла котіння у вигляді роликів, які розташовані в сепаруючій обоймі. Опорні елементи і ролики котіння виготовлені з високолегованої сталі. Додатково для роликів котіння здійснено складне профілювання опорних поверхонь прямого і зворотного конусів. В даному опорно-поворотному пристрої тіла котіння у вигляді роликів використані для зниження питомого навантаження на поверхні котіння. Однак, на конусних поверхнях, тобто на кінцях роликів, відбувається заміна котіння на ковзання. Це не тільки збільшує тертя, але і підвищує швидкість зносу деталей. До недоліків такого опорно-поворотного пристрою також відносяться складність технологічного процесу виготовлення і низька корозійна стійкість. Відомий опорно-поворотний пристрій вітроустановки [2], який вибраний як найближчий аналог. Пристрій складається з двох співвісних вертикальних металевих піввалів, на прилеглих кінцях яких, перпендикулярно їх осі, закріплені два опорних елементи. Опорні елементи являють собою металеві кільця, між якими розміщені тіла котіння у вигляді металевих кульок. Кульки розміщені в профільованій доріжці котіння без сепаруючих елементів. Внутрішній опорний елемент є основою платформи, на якій закріплені електрогенератор і сервомотор. Зовнішній опорний елемент закріплений на опорній щоглі. На зовнішній стороні цього опорного елемента нанесені зубці зубчастої передачі, яка пов'язана з шестернею, закріпленою на валу сервомотора. Кільця виготовлені з високолегованої сталі. Однак, кільця в цьому пристрої повинні бути виготовлені з високолегованої сталі з високою точністю, а це вимагає високоточного, великогабаритного устаткування. У зв'язку з цим вартість такого вузла значно збільшується. Також при швидкій зміні напрямку вітру, для забезпечення уповільнення реагування опорно-поворотного вузла використовується велика кількість деталей. При їх заміні або при поточній профілактиці потрібна точна настройка. Указаний в описі до даного опорно-поворотного пристрою можливий термін експлуатації - 20 років не враховує витрат на заміну зношених деталей, які не є типовими і серійними. До недоліків такого опорноповоротного пристрою також належить те, що значне тертя поворотного вузла вимагає застосування електричного двигуна (сервомотора), що значно ускладнює конструкцію пристрою і призводить до збільшення витрат на його створення та експлуатацію. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є удосконалення опорноповоротного пристрою для забезпечення легкості обертання, спрощення конструкції при підвищенні технологічної ефективності, зниження собівартості і експлуатаційних витрат. Таке удосконалення повинно виконуватися шляхом конструктивних змін поворотних елементів. Поставлена задача вирішується створенням опорно-поворотного пристрою вітроустановки. Цей опорно-поворотний пристрій, як і пристрій, прийнятий за найближчий аналог, містить два співвісних вертикальних металевих піввали, на прилеглих кінцях яких, перпендикулярно до їх осі, закріплені два опорних елементи. Між опорними елементами розміщені тіла котіння у вигляді металевих кульок. На відміну від найближчого аналога, в запропонованому опорно-поворотному пристрої опорні елементи виконані з плоскими поверхнями, зверненими одна до одної, розташованими перпендикулярно до осі піввалів. Тіла котіння у вигляді металевих кульок розміщені рухомо в сепаруючій матриці. Кульки виготовлені з металу з твердістю більшою, ніж твердість матеріалу опорних елементів. Опорні елементи виконані з електропровідного матеріалу. Як мастило для зменшення тертя котіння і поліпшення електричних контактів може бути використаний дрібнодисперсний порошок з м'якого електропровідного графіту. Завдяки вищевказаним відмінним особливостям спрощується конструкція опорноповоротного пристрою і забезпечується висока електропровідність між опорними елементами. Металеві кульки, розміщені рухомо в сепаруючій матриці, забезпечують не тільки рівномірний розподіл силового навантаження, а й утворюють велику кількість електричних контактів для передачі значного електричного струму. Опорні елементи можуть бути виконані як металеві, так і графітові, або з електропровідної кераміки. Для поліпшення електричного контакту при котінні кульки виготовлені з електропровідного матеріалу з твердістю більшою, ніж твердість матеріалу опорних елементів. 1 UA 74194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Дрібнодисперсний порошок з м'якого електропровідного графіту як мастило зменшує тертя котіння і підвищує надійність електричних контактів, а також сприяє поліпшенню корозійної стійкості. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами. На фіг. 1 показана схема розташування металевих кульок в опорно-поворотному пристрої. На фіг. 2 представлений осьової розріз опорно-поворотного пристрою. Опорно-поворотний пристрій містить верхній піввал 1 (див. фіг. 1, 2) із прикріпленим до нього верхнім опорним елементом 2 (у вигляді плоского диска). Цей опорний елемент спирається на металеві кульки 3, що можуть вільно обертатися. Кульки 3 розташовані рухомо в сепаруючій матриці 4. Нижній опорний елемент 5 у вигляді плоского диска прикріплений до нижнього піввала 6. Опорно-поворотний пристрій є вузлом вітроустановки, яка працює наступним чином: під дією вітру лопаті турбіни вітроустановки обертають електрогенератор, який виробляє електричний струм. Цей струм через верхній піввал 1 передається на опорний елемент 2. Далі, через металеві кульки 3, що вільно обертаються, які розташовані рухомо в сепаруючій матриці 4, електричний струм передається на опорний елемент 5, після - на нижній піввал 6 і далі - до споживача. Досягнення вищевказаного технічного результату підтверджено експериментально при використанні вітроустановки, в якій опорні елементи 2 і 5 виконані у формі дисків з нержавіючої сталі 12X18Н. Товщина дисків 3 мм, діаметр 85 мм, центральний отвір діаметром 25 мм. Кульки 3 виготовлені з високовуглецевої сталі. Діаметр кульок 4 мм. Сепаруюча матриця 4 виконана з фторопласта товщиною 2,5 мм. Як сухе мастило використано м'який електропровідний графіт. Загальна вага вітроустановки складає 200 Н. Якщо питоме навантаження на одну кульку становить 4 Н, то кількість кульок 3 становить 50 штук. Кульки 3 розміщені рівномірно по опорних поверхнях в сепаруючій матриці 4. Потужність вітроустановки становить близько 300 2 Вт. Площа контакту однієї кульки з опорною поверхнею складає 0,05 мм , що при щільності 2 струму 5 А/мм дозволить передавати 12,5 А електричного струму через усі 50 кульок без підгоряння і іскріння. Використання в опорно-поворотному пристрої великої кількості тіл котіння у вигляді металевих кульок 3 (від 50 до 500 штук) дозволяє значно зменшити питомий тиск на опорні поверхні 2 і 5, відмовитися від додаткової обробки поверхні котіння, збільшити норми допусків розмірів сталевих кульок у десять разів, що дозволить використовувати промислове відбраковування - сталеві кульки шарикопідшипників. Найчастіше їх кількість перевищує в 20-50 разів, а в деяких випадках і в 100-400 разів, кількість тих, що використовуються в стандартних промислових шарикопідшипниках. Велика кількість металевих кульок забезпечує рівномірний розподіл навантаження по всій опорній поверхні, при цьому зменшується зусилля повороту, забезпечується можливість збільшення силового навантаження та підвищення зносостійкості пристрою. У свою чергу зниження питомого навантаження дозволяє використовувати недорогі матеріали для поверхонь котіння без їх спеціальної попередньої обробки. При цьому не збільшуються норми зносу. Економічна ефективність пристрою полягає в зниженні собівартості за рахунок простоти виготовлення, використання простих технологічних рішень та дешевого недефіцитного матеріалу. Конструкція опорно-поворотного пристрою вітроустановки забезпечує легкість обертання, підвищення технологічної ефективності при спрощенні конструкції, збільшення надійності пристрою, зниження собівартості та експлуатаційних витрат. Джерела інформації: 1. Патент США № 6,491,441 від 10.12.2002. 2. Патент США № 4,692,094 від 08.09.1987 (найближчий аналог). 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Опорно-поворотний пристрій вітроустановки, що містить два співвісних вертикальних металевих піввали, на прилеглих кінцях яких, перпендикулярно до їх осі, закріплені два опорних елементи, між якими розміщені тіла котіння у вигляді металевих кульок, який відрізняється тим, що опорні елементи виконані з плоскими поверхнями, зверненими одна до одної, розташованими перпендикулярно до осі піввалів, а металеві кульки розміщені рухомо в сепаруючій матриці. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кульки виготовлені з металу з твердістю більшою, ніж твердість матеріалу опорних елементів. 2 UA 74194 U 5 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що опорні елементи виконані з електропровідного матеріалу. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що як мастила для зменшення тертя котіння і поліпшення електричних контактів використаний дрібнодисперсний порошок з м'якого електропровідного графіту. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3